镍基合金（inconel625/NO6625）材质化学成分性能参数

Inconel 625介绍:

625合金具有优良的耐腐蚀和抗氧化性能，从低温到980℃均具有良好的拉伸性能和疲劳性能，并且耐盐雾气氛下的应力腐蚀。因此，可广泛用于制造航空发动机零部件、宇航结构部件和化工设备和接触海水并承受高机械应力的场合。

Inconel 625合金是一种在一系列氧化性和还原性气氛中都具有优异耐蚀性的镍铬钼合金，它被广泛应用于海洋、石化以及核能等工业中。该合金为固溶强化型耐蚀合金，通过冷加工可获得超过1000MPa的屈服强度。

国外对于该合金的研究较多，大部分研究主要集中在材料焊接性、耐蚀性以及冷热加工过程中的组织转变上面。国内李亚敏等对长期时效后625合金的析出相进行了研究，张谦等研究了固溶处理对热等静压Inconel 625合金组织与拉伸性能的影响，邓德伟等则研究了脉冲电流对Inconel 625合金裂纹尖端组织及性能的影响[10]。

随着我国高端装备制造业的发展，对于大锭型的625合金需求日趋迫切。国内各个相关生产厂家均开始了大锭型的625合金试制工作。由于该合金中存在大量易偏析的Nb、Mo等元素，在大型锭的凝固过程中不可避免地会产生元素的偏析，从而严重影响合金的热加工性以及产品的最终性能。因此，掌握大锭型625合金的凝固规律就显得日益迫切，而目前对于该合金大锭型冶炼凝固方面的研究报导还相对较少。鉴于此，本文研究了の550mm大锭型Inconel 625合金的凝固组织及其在加热过程中的变化，以期对实际生产提供参考。

1 实验方法

实验用Inconel 625合金为经真空感应冶炼加电渣重熔(VIM+ESR)得到①550mm铸锭，其成分如表1所示。从铸锭补缩端上切取横向及纵向低倍试样，采用1:1盐酸水溶液+5%硝酸热腐蚀获得试样的低倍组织。采用日立S-4300冷场发射扫描电子显微镜(SEM)观察不同热处理状态下试样的显微组织。采用电解方法萃取析出相粉末，然后利用X射线衍射仪(XRD)进行物相分析。电解双喷制备薄片试样，然后利用日立H-800透射电子显微镜(TEM)观察合金中的析出相并进行选区电子衍射分析。通过Netzsch STA 449C测得样品的DSC曲线，并采用共聚焦激光扫描显微显微镜(CLSM)观察试样在加热过程中的组织转变。

2实验结果

2.1 铸锭组织

图1~3显示了Inconel625合金铸锭不同部位的组织。由于Inconel625合金中含有大量的Mo、Nb等易偏析元素，其大锭型的铸锭中必然会存在树枝状偏析，对Ni-Cr-Mo-Nb合金Inconel718的研究表明，这类合金的偏析规律为在树枝间富Mo、Nb等元素，而枝干部位则贫Mo、Nb等元素。由图1~3可知，Inconel625铸锭由边缘往心部其偏析程度明显增加。物理化学相分析表明，在铸锭边缘试样中的第二相主要是Ti(C,N)夹杂以及由于枝晶偏析形成的NbC相，其中部分Ti(C,N)相以镁铝尖晶石为核心形核长大，如图4所示；而在铸锭R/2和铸锭中心处的主要第二相为NbC相和Laves相。EDS分析显示三种相的成分如表2所示。其中Ti(C,N)的组成式大致为(Nb0.18Ti0.77Cr0.03Ni0.02)(C,N),而NbC的组成式为(Nb0.84Ti0.08Cr0.03Ni0.05)C。Ti(C,N)和NbC两相都是面心立方结构，其中Ti(C,N)形成温度较高，一般在液态合金中就形成了；而NbC则是在凝固过程中由于偏析而形成的非平衡相。从组成上来看，Ti(C,N)中Ti含量的原子分数超过3/4,Nb含量仅占1/5;而在NbC中Nb的金属原子分数约为4/5,Ti原子则占不到1/10。二者在微观形态上也具有较明显区别，其中Ti(C,N)的形状为较规则的方块字形状，而NbC在偏析过程中呈现深色条状或块状，如图5所示。Laves相主要由Ni,Cr,Mo,Nb等元素组成，在光学显微镜下，它呈白色块状。

在扫描电镜下还可以看到在Laves相附近有大量针状相和球状相，如图6所示。经透射电镜分析表明，针状相为有序正交结构的δ-Ni₃Nb相，而球状相为有序体心四方结构γ"-Ni₃Nb相，如图6所示。由于Inconel625合金中Nb、Mo含量较高，在凝固后期的液相中除发生L→(γ+Laves)反应外，在剩余液体中由于Ni、Mo、Nb等元素高浓度富集，有利于δ-Ni₃Nb和γ"-Ni₃Nb相的形核与长大，从而形成δ相和γ”相。这与Inconel718合金铸锭中所观察到的结果是一致的

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2.2均匀化热处理铸锭组织性能的影响

对Inconel625合金铸锭试样的DSC分析表明，合金的熔化温度范围为1315℃~1366℃,除了合金的熔化峰外，在DSC曲线上还有一个相对较小的峰，其放热峰对应温度为1188℃,根据合金的铸态组织可推测该峰为Laves相或NbC相的熔化峰。为确定该峰对所应的相，另取铸态合金金相试样进行1200℃,4h的固溶处理实验，结果表明，合金中出现了新的Laves+γ的共晶组织，而NbC未发生变化，如图9所示。这说明Laves相在此温度下已经初熔，因此DSC曲线中1188℃所对应的是Laves相的熔化峰温度。而NbC峰不明显的原因可能是由于该相含量相对较小。

对合金铸锭进行不同温度下保温1h时的热处理后，其组织如图10所示。从图中可以看到，相对于铸态组织，经900℃保温1小时后，组织中δ相析出明显增加，但Laves相附近的γ"相未见明显溶解；950℃时，δ相析出量达到最大值，且呈针状大片地析出，γ"相大量溶解；1000℃时，δ相析出较多，呈分散细长的针状，γ"相完全溶解于基体中；1050℃时，δ相析出量较铸态组织明显减少；1100℃时，δ相基本溶解于基体中。上述结果表明，γ”相在铸锭中的完全固溶温度为1000℃,δ相的析出峰值温度为950℃,其完全固溶温度为1100℃。

Laves相从1100℃开始出现明显的溶解，随着固溶温度的升高，其溶解程度增加。当固溶温度为1170℃,经1h保温后，其组织中Laves含量已经很小。进一步升高温度至1185℃,合金中Laves相出现了初熔现象，经快冷后形成了Laves+γ两相共晶组织，表明合金铸锭中Laves相的初熔温度在1185℃左右，这与DSC测试结果是相符合的。

为了设计Inconel 625合金铸锭的均匀化热处理工艺，必须保证温度足够高、时间足够长，才能使得偏析元素原子能够充分扩散均匀；但是初始均匀化温度又不能高于偏析相的初熔温度，因为高于该温度后偏析相熔化成液相，原子在固液两相中扩散速率较慢，不利于偏析元素均匀化。因此，结合上述实验实结果，对于Inconel 625合金铸锭，可以采用两阶段的均匀化热处理工艺：在1170℃保温24h后，升温至1200℃保温26h。经此工艺均匀化后的组织如图11所示，可以看到经均匀处理后，合金中的Laves相已完全溶解，组织中均有一次MC相Ti(C,N),以及少量NbC相。

均匀化前后合金的力学性能如图12所示，由图中可以看到，经均匀化后合金的强度较铸态组织出现了显著下降，而塑性和韧性出现了大幅的提高。其延伸率达到63%,而冲击功达到314J。

表3为均匀化前后合金中第二相的元素组成，从图中可以看到心部试样经均匀化后，其组成元素中的Ni、Cr、Mo、Nb等元素含量与铸锭边缘试样相当，这表明经均匀化后合金元素得到了充分扩散，因此所设计的热处理工艺可以使合金铸锭充分的均匀化。

4 结论

(1)530mm Inconel625合金铸锭组织中所包含的第二相有Ti(C,N),NbC,Laves,δ,γ”等；

(2)Inconel 625合金铸锭的熔化温度范围在1315℃~1366℃。γ”相在铸锭中的完全固溶温度为1000℃,δ相的析出峰值温度为950℃,其完全固溶温度为1100℃,Laves相的初熔温度约为1185℃;

(3)均匀化热处理可有效提高625合金铸锭的塑、韧性，同时降低其强度。对⑦530mm Inconel625合金铸锭的一种合理均匀化热处理工艺为：1170℃保温24h后，升温至1200℃保温26h。